§33. Нагревание воздуха и его температура

Аэродинамический нагрев

нагрев тел, движущихся с большой скоростью в воздухе или другом газе. А. н. - результат того, что налетающие на тело молекулы воздуха тормозятся вблизи тела.

Если полет совершается со сверхзвуковой скоростью культур, торможение происходит прежде всего в ударной волне (См. Ударная волна), возникающей перед телом. Дальнейшее торможение молекул воздуха происходит непосредственно у самой поверхности тела, в пограничном слое (См. Пограничный слой). При торможении молекул воздуха их тепловая энергия возрастает, т. е. температура газа вблизи поверхности движущегося тела повышается максимальная температура, до которой может нагреться газ в окрестности движущегося тела, близка к т. н. температуре торможения:

T 0 = Т н + v 2 /2c p ,

где Т н - температура набегающего воздуха, v - скорость полёта тела, c p - удельная теплоёмкость газа при постоянном давлении. Так, например, при полёте сверхзвукового самолёта с утроенной скоростью звука (около 1 км/ сек ) температура торможения составляет около 400°C, а при входе космического аппарата в атмосферу Земли с 1-й космической скоростью (8,1 км/сек ) температура торможения достигает 8000 °С. Если в первом случае при достаточно длительном полёте температура обшивки самолёта достигнет значений, близких к температуре торможения, то во втором случае поверхность космического аппарата неминуемо начнёт разрушаться из-за неспособности материалов выдерживать столь высокие температуры.

Из областей газа с повышенной температурой тепло передаётся движущемуся телу, происходит А. н. Существуют две формы А. н. - конвективная и радиационная. Конвективный нагрев - следствие передачи тепла из внешней, «горячей» части пограничного слоя к поверхности тела. Количественно конвективный тепловой поток определяют из соотношения

q k = а (Т е -Т w),

где T e - равновесная температура (предельная температура, до которой могла бы нагреться поверхность тела, если бы не было отвода энергии), T w - реальная температура поверхности, a - коэффициент конвективного теплообмена, зависящий от скорости и высоты полёта, формы и размеров тела, а также от других факторов. Равновесная температура близка к температуре торможения. Вид зависимости коэффициента а от перечисленных параметров определяется режимом течения в пограничном слое (ламинарный или турбулентный). В случае турбулентного течения конвективный нагрев становится интенсивнее. Это связано с тем обстоятельством, что, помимо молекулярной теплопроводности, существенную роль в переносе энергии начинают играть турбулентные пульсации скорости в пограничном слое.

С повышением скорости полёта температура воздуха за ударной волной и в пограничном слое возрастает, в результате чего происходит Диссоциация и Ионизация молекул. Образующиеся при этом атомы, ионы и электроны диффундируют в более холодную область - к поверхности тела. Там происходит обратная реакция (Рекомбинация), идущая с выделением тепла. Это даёт дополнительный вклад в конвективный А. н.

При достижении скорости полёта порядка 5000 м/сек температура за ударной волной достигает значений, при которых газ начинает излучать. Вследствие лучистого переноса энергии из областей с повышенной температурой к поверхности тела происходит радиационный нагрев. При этом наибольшую роль играет излучение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. При полёте в атмосфере Земли со скоростями ниже первой космической (8,1 км/сек ) радиационный нагрев мал по сравнению с конвективным. При второй космической скорости (11,2 км/сек ) их значения становятся близкими, а при скоростях полёта 13-15 км/сек и выше, соответствующих возвращению на Землю после полётов к другим планетам, основной вклад вносит уже радиационный нагрев.

Особо важную роль А. н. играет при возвращении в атмосферу Земли космических аппаратов (например, «Восток», «Восход», «Союз»). Для борьбы с А. н. космические аппараты оснащаются специальными системами теплозащиты (См. Теплозащита).

Лит.: Основы теплопередачи в авиационной и ракетной технике, М., 1960; Дорренс У. Х., Гиперзвуковые течения вязкого газа, пер. с англ., М., 1966; Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, 2 изд., М., 1966.

Н. А. Анфимов.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Аэродинамический нагрев" в других словарях:

Нагрев тел, движущихся с большой скоростью в воздухе или др. газе. А. н. результат того, что налетающие на тело молекулы воздуха тормозятся вблизи тела. Если полёт совершается со сверхзвук. скоростью, торможение происходит прежде всего в ударной… … Физическая энциклопедия

Нагрев тела, движущегося с большой скоростью в воздухе (газе). Заметный аэродинамический нагрев наблюдается при движении тела со сверхзвуковой скоростью (например, при движении головных частей межконтинентальных баллистических ракет) EdwART.… … Морской словарь

аэродинамический нагрев - Нагревание обтекаемой газом поверхности тела, движущегося в газообразной среде с большой скоростью при наличии конвективного, а при гиперзвуковых скоростях и радиационного теплообмена с газовой средой в пограничном или ударном слое. [ГОСТ 26883… … Справочник технического переводчика

Повышение температуры тела, движущегося с большой скоростью в воздухе или др. газе. Аэродинамический нагрев результат торможения молекул газа вблизи поверхности тела. Так, при входе космического аппарата в атмосферу Земли со скоростью 7,9 км/с… … Энциклопедический словарь

аэродинамический нагрев - aerodinaminis įšilimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kūnų, judančių dujose (ore) dideliu greičiu, paviršiaus įšilimas. atitikmenys: angl. aerodynamical heating vok. aerodynamische Aufheizung, f rus. аэродинамический нагрев, m pranc.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas - повышение темп ры тела, движущегося с большой скоростью в воздухе или др. газе. А. и. результат торможения молекул газа вблизи поверхности тела. Так, при входе космич. аппарата в атмосферу Земли со скоростью 7,9 км/с темп pa воздуха у поверхности … Естествознание. Энциклопедический словарь

Аэродинамический нагрев конструкции ракеты - Нагрев поверхности ракеты во время ее движения в плотных слоях атмосферы с большой скоростью. А.н. – результат того, что налетающие на ракету молекулы воздуха тормозятся вблизи ее корпуса. При этом происходит переход кинетической энергии… … Энциклопедия РВСН

Concorde Concorde в аэропор … Википедия

Все жизненные процессы на Земле обусловлены тепловой энергией. Главным источником, от которого Земля и получают тепловую энергию, является Солнце. Оно излучает энергию в виде различных лучей — электромагнитных волн. Излучение Солнца в виде электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью 300000 км/с, называется , которая состоит из лучей различной длины, несущих к Земле свет и тепло.

Радиация бывает прямая и рассеянная. Не будь атмосферы, земная поверхность получала бы только прямую радиацию. Поэтому радиацию, приходящую непосредственно от Солнца в виде прямых солнечных лучей и при безоблачном небе называют прямой. Она несет наибольшее количество тепла и света. Но, проходя через атмосферу, солнечные лучи частично рассеиваются, отклоняются от прямого пути в результате отражения от молекул воздуха, капелек воды, пылинок и переходят в лучи, идущие во всех направлениях. Такая радиация называется рассеянной. Поэтому светло бывает и в тех местах, куда прямые солнечные лучи (прямая радиация) не проникают (полог леса, теневая сторона скал, гор, зданий и т.д.). Рассеянная радиация обусловливает и цвет неба. Всю солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности, т.е. прямую и рассеянную, называют суммарной. Земная поверхность, поглощая солнечную радиацию, нагревается и сама становится источником излучения тепла в атмосферу. Оно называется земным излучением, или земной радиацией и в значительной мере задерживается нижними слоями атмосферы. Поглощенная земной поверхностью радиация Солнца расходуется на нагревание воды, грунтов, воздуха, испарение и излучение в атмосферу. Земная, а не определяет температурный режим тропосферы, т.е. солнечные лучи, проходящие через все , ее не нагревают. Самое большое количество тепла получают и нагреваются до наиболее высоких температур нижние слои атмосферы, непосредственно прилегающие к источнику тепла — земной поверхности. По мере удаления от земной поверхности нагревание ослабевает. Именно поэтому в тропосфере с высотой понижается в среднем 0,6°С на каждые 100 м подъема. Это общая закономерность для тропосферы. Бывают случаи, когда вышележащие слои воздуха оказываются теплее нижележащих. Такое явление называется температурной инверсией.

Нагревание земной поверхности существенно различается не только по высоте. Количество суммарной солнечной радиации напрямую зависит от угла падения солнечных лучей Чем ближе эта величина к 90°, тем больше солнечной энергии получает земная поверхность.

В свою очередь, угол падения солнечных лучей на определенную точку земной поверхности определяется ее географической широтой. Сила прямой солнечной радиации зависит от длины пути, который проходят солнечные лучи в атмосфере. Когда Солнце в зените (в районе экватора), его лучи падают на земную поверхность отвесно, т.е. преодолевают атмосферу кратчайшим путем (под 90°) и интенсивно отдают свою энергию малой площади. По мере удаления от экваториальной зоны на юг или на север длина пути солнечных лучей увеличивается, т.е. уменьшается угол их падения на земную поверхность. Лучи все больше и больше начинают как бы скользить по Земле и приближаются к касательной линии в районе полюсов. При этом тот же пучок энергии рассеивается на большую площадь, увеличивается количество отраженной энергии. Таким образом, где солнечные лучи падают на земную поверхность под углом 90°, постоянно высокие , а по мере передвижения к полюсам становится все холоднее. Именно на полюсах, где солнечные лучи падают под углом 180° (т.е. по касательной), тепла меньше всего.

Такая неравномерность распределения тепла на Земле в зависимости от широты места позволяет выделить пять тепловых поясов: один жаркий, два и два холодных.

Условия нагревания солнечной радиацией воды и суши весьма различны. Теплоемкость воды в два раза больше, чем суши. Это значит, что при одинаковом количестве тепла суша нагревается вдвое быстрее воды, а при охлаждении происходит обратное. Кроме того, вода при нагревании испаряется, на что затрачивается немалое количество тепла. На суше тепло сосредоточивается только в верхнем ее слое, в глубину передается лишь небольшая его часть. В воде же лучи нагревают сразу значительную толщу, чему способствует и вертикальное перемешивание воды. В результате вода накапливает тепла гораздо больше, чем суша, удерживает его дольше и расходует более равномерно, чем суша. Она медленнее нагревается и медленнее охлаждается.

Поверхность суши неоднородна. Ее нагревание в значительной мере зависит от физических свойств почв и , льда, экспозиции (угла наклона участков суши по отношению к падающим солнечным лучам) склонов. Особенности подстилающей поверхности обусловливают различный характер изменения температур воздуха в течении суток и года. Наиболее низкие температуры воздуха в течении суток на суше отмечаются незадолго до восхода Солнца (отсутствие притока солнечной радиации и сильное земное излучение ночью). Наиболее высокие — после полудня (14-15 ч). В течении года в Северном полушарии наиболее высокие температуры воздуха на суше отмечаются в июле, а самые низкие — в январе. Над водной поверхностью суточный максимум температуры воздуха смещен и отмечается в 15-16 ч, а минимум через 2-3 ч после восхода Солнца. Годовой максимум (в Северном полушарии) приходится на август, а минимум — на февраль.

2005-08-16

В целом ряде случаев можно значительно уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты, обеспечив автономное отопление помещений теплым воздухом на основе применения теплогенераторов, работающих на газе или жидком топливе. В таких агрегатах нагревается не вода, а воздух - свежий приточный, рециркуляционный или смешанный. Такой способ особенно эффективен для обеспечения автономного отопления производственных помещений, выставочных павильонов, мастерских, гаражей, станций технического обслуживания, автомобильных моек, киностудий, складов, общественных зданий, спортзалов, супермаркетов, теплиц, оранжерей, животноводческих комплексов, птицеферм и т.п.

Преимущества воздушного отопления

Преимуществ воздушного способа отопления перед традиционным водяным в больших по объему помещениях много, перечислим лишь основные:

1. Экономичность. Тепло производится непосредственно в нагреваемом помещении и практически целиком расходуется по назначению. Благодаря прямому сжиганию топлива без промежуточного теплоносителя достигается высокий тепловой КПД всей системы отопления: 90-94% — для рекуперативных нагревателей и практически 100% — для систем прямого нагрева. Применение программируемых термостатов обеспечивает возможность дополнительной экономии от 5 до 25 % тепловой энергии за счет функции «дежурного режима» — автоматического поддержания температуры в помещении в нерабочее время на уровне +5-7°С.
2. Возможность «включить» приточную вентиляцию. Ни для кого не секрет, что сегодня на большинстве предприятий приточная вентиляция не работает должным образом, что значительно ухудшает условия работы людей и влияет на производительность труда. Теплогенераторы или системы прямого нагрева прогревают воздух на ∆t до 90°С — этого вполне достаточно для того, чтобы «заставить» работать приточную вентиляцию даже в условиях Крайнего Севера. Таким образом, воздушное отопление подразумевает собой не только экономическую эффективность, но и улучшение экологической обстановки и условий труда.
3. Малая инерционность. Агрегаты систем воздушного отопления в считанные минуты выходят на рабочий режим, а за счет высокой оборачиваемости воздуха, помещение полностью прогревается всего за несколько часов. Это дает возможность оперативно и гибко маневрировать при изменении потребностей в тепле.
4. Отсутствие промежуточного теплоносителя позволяет отказаться от строительства и содержания малоэффективной для больших помещений системы водяного отопления, котельной, теплотрасс и станции водоподготовки. Исключаются потери в теплотрассах и их ремонт, что позволяет резко снизить эксплуатационные расходы. В зимнее время отсутствует риск размораживания калориферов и системы отопления в случае продолжительного отключения системы. Охлаждение даже до глубокого «минуса» не приводит к размораживанию системы.
5. Высокая степень автоматизации позволяет вырабатывать ровно то количество тепла, в котором есть необходимость. В сочетании с высокой надежностью газового оборудования это значительно повышает безопасность системы отопления, а для ее эксплуатации достаточно минимума обслуживающего персонала.
6. Малые затраты. Способ отопления крупных помещений при помощи теплогенераторов один из самых дешевых и быстро реализуемых. Капитальные затраты на строительство или реконструкцию воздушной системы, как правило, значительно ниже расходов на организацию водяного или лучистого отопления. Срок окупаемости капитальных затрат обычно не превышает одного-двух отопительных сезонов.

В зависимости от решаемых задач, в системах воздушного отопления могут применяться нагреватели различного типа. В этой статье мы рассмотрим только агрегаты, работающие без применения промежуточного теплоносителя — рекуперативные воздухонагреватели (с теплообменником и отводом продуктов сгорания наружу) и системы прямого нагрева воздуха (газовые смесительные воздухонагреватели).

Рекуперативные воздухонагреватели

В агрегатах этого типа топливо, смешанное с необходимым количеством воздуха, подается горелкой в камеру сгорания. Образовавшиеся продукты горения проходят через двух- или трехходовой теплообменник. Тепло, полученное при сгорании топлива, передается нагреваемому воздуху через стенки теплообменника, а дымовые газы через дымоход отводятся наружу (рис. 1) — именно поэтому их называют теплогенераторами «непрямого нагрева».

Рекуперативные воздухонагреватели могут быть использованы не только непосредственно для отопления, но и в составе системы приточной вентиляции, а также для технологического нагрева воздуха. Номинальная тепловая мощность таких систем от 3 кВт до 2 МВт. Подача нагреваемого воздуха в помещение осуществляется через встроенный или выносной нагнетающий вентилятор, что дает возможность использования агрегатов как для прямого подогрева воздуха с выдачей его через жалюзийные решетки, так и с воздуховодами.

Омывая камеру сгорания и теплообменник, воздух нагревается и направляется либо непосредственно в отапливаемое помещение через расположенные в верхней части жалюзийные воздухораспределительные решетки, либо распределяется по системе воздуховодов. На лицевой части теплогенератора расположена автоматизированная блочная горелка (рис. 2).

Теплообменники современных воздухонагревателей, как правило, изготовлены из нержавеющей стали (топка — из жаропрочной стали) и служат от 5 до 25 лет, после которых могут быть отремонтированы или заменены. КПД современных моделей достигает 90-96 %. Главное преимущество рекуперативных воздухонагревателей — их универсальность.

Они могут работать на природном или сжиженном газе, дизельном топливе, нефти, мазуте или отработанном масле — стоит только поменять горелку. Существует возможность работы со свежим воздухом, с подмесом внутреннего и в режиме полной рециркуляции. Такая система позволяет некоторые вольности, например, изменять расход нагреваемого воздуха, «на ходу» перераспределять потоки нагретого воздуха в разные ветви воздуховодов при помощи специальных клапанов.

Летом рекуперативные воздухонагреватели могут работать в режиме вентиляции. Монтируются агрегаты как в вертикальном, так и в горизонтальном положении, на полу, стене, или встраиваются в секционную венткамеру в качестве секции нагревателя.

Рекуперативные воздухонагреватели могут быть использованы даже для отопления помещений высокой категории комфортности, в случае если сам агрегат будет вынесен за пределы зоны непосредственного обслуживания.

Основные недостатки:

1. Большой и сложный теплообменник увеличивает стоимость и вес системы, по сравнению с воздухонагревателями смесительного типа;
2. Нуждаются в дымовой трубе и отводе конденсата.

Системы прямого нагрева воздуха

Современные технологии позволили добиться такой чистоты сжигания природного газа, что появилась возможность не отводить продукты сгорания «в трубу», а использовать их для прямого нагрева воздуха в системах приточной вентиляции. Газ, поступающий на горение, полностью сгорает в потоке нагреваемого воздуха и, смешиваясь с ним, отдает ему все тепло.

Этот принцип реализован в ряде аналогичных конструкций рамповой горелки в США, Англии, Франции и России и с успехом используется с 60-х годов XX века на многих предприятиях России и за рубежом. Основанные на принципе сверхчистого сжигания природного газа непосредственно в потоке нагреваемого воздуха газовые смесительные воздухонагреватели типа STV (STARVEINE — «звездный ветер») производятся с номинальной тепловой мощностью от 150 кВт до 21 МВт.

Сама технология организации горения, а также высокая степень разбавления продуктов горения, позволяют получить в установках чистый теплый воздух в соответствии со всеми действующими нормами, практически не содержащий вредных примесей (не более 30% ПДК). Воздухонагреватели STV (рис. 3) состоят из модульного горелочного блока, расположенного внутри корпуса (участка воздуховода), газовой линии DUNGS (Германия) и системы автоматики.

Корпус, как правило, оснащен гермодверью для удобства обслуживания. Горелочный блок, в зависимости от требуемой тепловой мощности, компонуется из необходимого количества горелочных секций разной конфигурации. Автоматика нагревателей обеспечивает плавный автоматический пуск по циклограмме, контроль параметров безопасной работы и возможность плавного регулирования тепловой мощности (1:4), что позволяет автоматически поддерживать необходимую температуру воздуха в отапливаемом помещении.

Применение газовых смесительных воздухонагревателей

Главное их предназначение — прямой нагрев свежего приточного воздуха, подаваемого в производственные помещения для компенсации вытяжной вентиляции и улучшения, таким образом, условий работы людей.

Для помещений с большой кратностью воздухообмена возникает целесообразность совмещения системы приточной вентиляции и системы отопления — в этом плане у систем прямого нагрева нет конкурентов по соотношению цена/качество. Газовые смесительные воздухонагреватели предназначены для:

• автономного воздушного отопления помещений различного назначения с большим воздухообменом (К 򖅁,5);
• нагрева воздуха в воздушно-тепловых завесах отсечного типа, возможно совмещение с системами отопления и приточной вентиляции;
• систем предпускового подогрева двигателей автомобилей на неотапливаемых стоянках;
• отогрева и оттайки вагонов, цистерн, автомобилей, сыпучих материалов, нагрева и сушки изделий перед покраской или другими видами обработки;
• прямого нагрева атмосферного воздуха или сушильного агента в различных установках технологического нагрева и сушки, например, сушка зерна, травы, бумаги, текстиля, древесины; применения в камерах окраски и сушки после покраски и т.п.

Размещение

Смесительные нагреватели могут быть встроены в воздушные каналы систем приточной вентиляции и тепловых завес, в воздуховоды сушильных установок — как на горизонтальных, так и на вертикальных участках. Могут монтироваться на полу или площадке, под потолком или на стене. Размещаются, какправило, в приточно-вентиляционных камерах, но возможна их установка и непосредственно в отапливаемом помещении (в соответствии с категорией).

При дополнительном оборудовании соответствующими элементами могут обслуживать помещения категорий А и Б. Рециркуляция внутреннего воздуха через смесительные воздухонагреватели нежелательна — возможно существенное снижение уровня кислорода в помещении.

Сильные стороны систем прямого нагрева

Простота и надежность, низкая себестоимость и экономичность, возможность нагрева до высоких температур, высокая степень автоматизации, плавное регулирование, не нуждаются в устройстве дымохода. Прямой нагрев — самый экономичный способ — КПД системы равен 99,96 %. Уровень удельных капитальных затрат на систему отопления на базе установки прямого нагрева, совмещенной с приточной вентиляцией, самый низкий при высочайшей степени автоматизации.

Воздухонагреватели всех типов оснащены системой автоматики безопасности и управления, обеспечивающей плавный пуск, поддержание режима нагрева и отключение в случае возникновения аварийных ситуаций. В целях энергосбережения возможно оснащение воздухонагревателей автоматикой регулирования с учетом наружной и контролем внутренней температур, функциями суточного и недельного режимов программирования нагрева.

Возможно также включение параметров системы отопления, состоящей из многих отопительных агрегатов, в систему централизованного управления и диспетчеризации. В этом случае оператор-диспетчер будет иметь оперативную информацию о работе и состоянии отопительных агрегатов, наглядно отображенной на мониторе компьютера, а также управлять режимом их работы непосредственно из удаленного диспетчерского пункта.

Мобильные теплогенераторы и тепловые пушки

Предназначены для временного применения — на стройках, для отопления в межсезонные периоды, технологического нагрева. Мобильные теплогенераторы и тепловые пушки работают на пропане (сжиженном баллонном газе), дизельном топливе или керосине. Могут быть как прямого нагрева, так и с отводом продуктов сгорания.

Типы систем автономного воздушного отопления

Для автономного теплоснабжения различных помещений применяются различные типы систем воздушного отопления — с централизованным распределением тепла и децентрализованные; системы, работающие полностью на приток свежего воздуха, или с полной/частичной рециркуляцией внутреннего воздуха.

В децентрализованных системах воздушного отопления нагрев и циркуляция воздуха в помещении осуществляются автономными теплогенераторами, расположенными в различных участках или рабочих зонах — на полу, стене и под крышей. Воздух из нагревателей подается непосредственно в рабочую зону помещения. Иногда для лучшего распределения тепловых потоков теплогенераторы оснащают небольшими (локальными) системами воздуховодов.

Для агрегатов в таком исполнении характерна минимальная мощность электродвигателя вентилятора, поэтому децентрализованные системы более экономичны в плане расхода электроэнергии. Возможно также использование воздушно-тепловых завес как части системы воздушного отопления или приточной вентиляции.

Возможность локального регулирования и использования теплогенераторов по мере необходимости — по зонам, в различное время— дает возможность значительного снижения расходов на топливо. Однако капитальные затраты на реализацию данного способа несколько выше. В системах с централизованным распределением тепла используются воздушно-отопительные агрегаты; вырабатываемый ими теплый воздух поступает в рабочие зоны по системе воздуховодов.

Установки, как правило, встраиваются в существующие венткамеры, но допускается возможность размещения их непосредственно в обогреваемом помещении — на полу или на площадке.

Применение и размещение, подбор оборудования

У каждого из типов вышеперечисленных отопительных агрегатов есть свои неоспоримые преимущества. И нет готового рецепта, в каком случае какой из них целесообразнее — это зависит от многих факторов: величины воздухообмена в соотнесении с величиной теплопотерь, категории помещения, наличия свободного места для размещения оборудования, от финансовых возможностей. Попытаемся сформировать наиболее общие принципы целесообразного подбора оборудования.

1. Системы отопления для помещений с небольшим воздухообменом (Квоздухообмена ≤򖅀,5-1)

Суммарная тепловая мощность теплогенераторов в этом случае принимается практически равной количеству тепла, необходимого для компенсации теплопотерь помещения, вентиляция сравнительно мала, поэтому здесь целесообразно применение системы отопления на основе теплогенераторов непрямого нагрева с полной или частичной рециркуляцией внутреннего воздуха помещения.

Вентиляция в таких помещениях может быть естественной или с подмесом уличного воздуха к рециркулирующему. Во втором случае мощность нагревателей увеличивают на величину, достаточную для нагрева свежего приточного воздуха. Такая система отопления может быть местной, с напольными или настенными теплогенераторами.

При невозможности размещения установки в отапливаемом помещении либо при организации обслуживания нескольких помещений можно применить систему централизованного типа: теплогенераторы расположить в венткамере (пристрое, на антресолях, в соседнем помещении), а тепло распределять по воздуховодам.

В рабочее время теплогенераторы могут работать в режиме частичной рециркуляции, попутно нагревая подмешиваемый приточный воздух, в нерабочее можно некоторые из них отключать, а оставшиеся переводить на экономичный дежурный режим +2-5°С с полной рециркуляцией.

2. Системы отопления для помещений с большой кратностью воздухообмена, постоянно нуждающиеся в подаче больших объемов приточного свежего воздуха (Квоздухообмена 򖅂)

В этом случае количество тепла, необходимое для нагрева приточного воздуха, может уже в несколько раз превышать количество тепла, необходимое для компенсации теплопотерь. Здесь наиболее целесообразно и экономично совмещение системы воздушного отопления с системой приточной вентиляции. Система отопления может строиться на основе установок прямого нагрева воздуха, или на основе применения рекуперативных теплогенераторов в исполнении с повышенной степенью нагрева.

Суммарная тепловая мощность нагревателей должна быть равна сумме тепловой потребности на нагрев приточного воздуха и тепла, необходимого для компенсации теплопотерь. В системах прямого нагрева происходит нагрев 100 % уличного воздуха, обеспечивая подачу необходимого объема приточного воздуха.

В рабочее время они нагревают воздух от уличной до расчетной температуры +16-40°С (с учетом перегрева для обеспечения компенсации теплопотерь). С целью экономии в нерабочее время можно выключать часть нагревателей для снижения расхода приточного воздуха, а оставшиеся перевести на дежурный режим поддержания +2-5°С.

Рекуперативные теплогенераторы в дежурном режиме позволяют обеспечить дополнительную экономию за счет перевода их в режим полной рециркуляции. Наименьшие капитальные затраты при организации систем отопления централизованного типа — при применении как можно более крупных нагревателей. Капитальные затраты на газовые смесительные воздухонагреватели STV могут составить от 300 до 600 руб/кВт установленной тепловой мощности.

3. Комбинированные системы воздушного отопления

Оптимальный вариант для помещений со значительным воздухообменом в рабочее время при односменном режиме работы, либо прерывистом рабочем цикле — когда разница в необходимости подачи приточного воздуха и тепла в течение дня значительна.

В этом случае целесообразно раздельное функционирование двух систем: дежурного отопления и приточной вентиляции, совмещенной с системой отопления (догрева). При этом в отапливаемом помещении или в венткамерах устанавливаются рекуперативные теплогенераторы для поддержания только дежурного режима с полной рециркуляцией (при расчетной наружной температуре).

Система приточной вентиляции, совмещенная с системой отопления, обеспечивает нагрев необходимого объема свежего приточного воздуха до +16-30°С и догрев помещения до необходимой рабочей температуры и в целях экономии включается только в рабочее время.

Строится она либо на основе рекуперативных теплогенераторов (с повышенной степенью нагрева), либо на основе мощных систем прямого нагрева (что дешевле в 2-4 раза). Возможна комбинация приточной системы догрева с существующей системой водяного отопления (может оставаться дежурной), вариант применим также для стадийной модернизации существующей системы отопления и вентиляции.

При таком способе эксплуатационные расходы будут наименьшими. Таким образом, применяя воздухонагреватели различных типов в различных комбинациях, можно решить одновременно обе задачи — и отопление, и приточную вентиляцию.

Примеров применения систем воздушного отопления очень много и возможности комбинации их чрезвычайно разнообразны. В каждом случае необходимо провести тепловые расчеты, учесть все условия применения и выполнить несколько вариантов подбора оборудования, сравнивая их по целесообразности, величине капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Когда солнце греет сильнее – когда оно стоит выше над головой или когда ниже?

Солнце греет сильнее, когда стоит выше. Солнечные лучи в этом случае падают под прямым, или близким к прямому углом.

Какие виды вращения Земли вам известны?

Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца.

Почему на Земле происходит смена дня и ночи?

Смена дня и ночи – результат осевого вращения Земли.

Определите, как отличается угол падения солнечных лучей 22 июня и 22 декабря на параллелях 23,5° с. ш. и ю. ш.; на параллелях 66,5° с. ш. и ю. ш.

22 июня угол падения солнечных лучей на параллели 23,50 с.ш. 900, ю.ш. – 430. На параллели 66,50 с.ш. – 470, 66,50 ю.ш. – скользящий угол.

22 декабря угол падения солнечных лучей на параллели 23,50 с.ш. 430, ю.ш. – 900. На параллели 66,50 с.ш. – скользящий угол, 66,50 ю.ш. – 470.

Подумайте, почему самые теплые и холодные месяцы - не июнь и декабрь, когда солнечные лучи имеют наибольший и наименьший углы падения на земную поверхность.

Атмосферный воздух нагревается от земной поверхности. Поэтому в июне происходит нагревание земной поверхности, а температура достигает максимума в июле. Тоже происходит зимой. В декабре выхолаживается земная поверхность. В январе остывает воздух.

Определите:

среднюю суточную температуру по показателям четырех измерений за сутки:-8°С, -4°С,+3°С,+1°С.

Среднесуточная температура -20С.

среднюю годовую температуру Москвы, используя данные таблицы.

Среднегодовая температура 50С.

Определите суточную амплитуду температур для показателей термометров на рисунке 110, в.

Амплитуда температур на рисунке в 180С.

Определите, на сколько градусов годовая амплитуда в Красноярске больше, чем в Санкт-Петербурге, если средняя температура июля в Красноярске +19°С, а января- -17°С; в Санкт-Петербурге +18°С и -8°С соответственно.

Амплитуда температур в Красноярске 360С.

Амплитуда температур в Санкт-Петербурге 260С.

Амплитуда температур в Красноярске больше на 100С.

Вопросы и задания

1. Как происходит нагревание воздуха атмосферы?

Пропуская солнечные лучи, атмосфера от них почти не нагревается. Нагревается же земная поверхность, и сама становится источником тепла. Именно от нее нагревается атмосферный воздух.

2. Насколько градусов уменьшается температура в тропосфере при подъеме на каждые 100 м?

При подъеме вверх па каждый километр температура воздуха понижается на 6 0С. Значит, на 0,60 на каждые 100 м.

3. Вычислите температуру воздуха за боротом самолета, если высота полета 7 км, а температура у поверхности Земли +200С.

Температура при подъеме на 7 км понизится на 420. Значит, температура за бортом самолета составит -220.

4. Можно ли в горах на высоте 2500 м встретить летом ледник, если у подножий гор температура +250С.

Температура на высоте 2500 м составит +100С. Ледник на высоте 2500 м не встретится.

5. Как и почему изменяется температура воздуха в течение суток?

Днем солнечные лучи освещают земную поверхность и прогревают ее, от нее нагревается и воздух. Ночью поступление солнечной энергии прекращается, и поверхность вместе с воздухом постепенно остывает. Солнце наиболее высоко стоит над горизонтом в полдень. В это время поступает больше всего солнечной энергии. Однако самая высокая температура наблюдается через 2-3 ч после полудня, так как на передачу тепла от поверхности Земли к тропосфере требуется время. Самая низкая температура бывает перед восходом солнца.

6. От чего зависит разница в нагревании поверхности Земли в течении года?

В течение года на одной и той же территории солнечные лучи падают на поверхность по-разному. Когда угол падения лучей более отвесный, поверхность получает больше солнечной энергии, температура воздуха повышается и наступает лето. Когда солнечные лучи наклонены сильнее, поверхность нагревается слабо. Температура воздуха в это время понижается, и наступает зима. Самый теплый месяц в Северном полушарии - июль, а самый холодный - январь. В Южном полушарии - наоборот: самый холодный месяц года - июль, а самый теплый - январь.

Вспомните

• С помощью какого прибора измеряют температуру воздуха? Какие виды вращения Земли вам известны? Почему на Земле происходит смена дня и ночи?

Как нагревается земная поверхность и атмосфера. Солнце излучает огромное количество энергии. Однако атмосфера пропускает к земной поверхности только половину солнечных лучей. Часть их отражается, часть поглощается облаками, газами и частицами пыли (рис. 83).

Рис. 83. Расход солнечной энергии, поступающей на Землю

Пропуская солнечные лучи, атмосфера от них почти не нагревается. Нагревается же земная поверхность, и сама становится источником тепла. Именно от нее нагревается атмосферный воздух. Поэтому у земной поверхности воздух тропосферы теплее, чем на высоте. При подъеме вверх па каждый километр температура воздуха понижается на 6 "С. Высоко в горах из-за низкой температуры накопившийся снег не тает даже летом. Температура в тропосфере меняется не только с высотой, но и в течение определенных промежутков времени: суток, года.

Различия в нагревании воздуха в течение суток и года. Днем солнечные лучи освещают земную поверхность и прогревают ее, от нее нагревается и воздух. Ночью поступление солнечной энергии прекращается, и поверхность вместе с воздухом постепенно остывает.

Солнце наиболее высоко стоит над горизонтом в полдень. В это время поступает больше всего солнечной энергии. Однако самая высокая температура наблюдается через 2-3 ч после полудня, так как на передачу тепла от поверхности Земли к тропосфере требуется время. Самая низкая температура бывает перед восходом солнца.

Температура воздуха изменяется и по сезонам года. Вы уже знаете, что Земля движется вокруг Солнца по орбите и земная ось постоянно наклонена к плоскости орбиты. Из-за этого в течение года на одной и той же территории солнечные лучи падают на поверхность по-разному.

Когда угол падения лучей более отвесный, поверхность получает больше солнечной энергии, температура воздуха повышается и наступает лето (рис. 84).

Рис. 84. Падение солнечных лучей на земную поверхность в полдень 22 июня и 22 декабря

Когда солнечные лучи наклонены сильнее, поверхность нагревается слабо. Температура воздуха в это время понижается, и наступает зима. Самый теплый месяц в Северном полушарии - июль, а самый холодный - январь. В Южном полушарии - наоборот: самый холодный месяц года - июль, а самый теплый - январь.

По рисунку определите, как отличается угол падения солнечных лучей 22 июня и 22 декабря на параллелях 23,5° с. ш. и ю. ш.; на параллелях 66,5° с. ш. и ю. ш.

Подумайте, почему самые теплые и холодные месяцы - не июнь и декабрь, когда солнечные лучи имеют наибольший и наименьший углы падения на земную поверхность.

Рис. 85. Средние годовые температуры воздуха Земли

Показатели изменений температуры. Чтобы выявить общие закономерности изменения температуры, используют показатель средних температур: средних суточных, средних месячных, средних годовых (рис. 85). Например, для вычисления средней суточной температуры в течение суток несколько раз измеряют температуру, суммируют эти показатели и полученную сумму делят на количество измерений.

Определите:

• среднюю суточную температуру по показателям четырех измерений за сутки:-8°С, -4°С,+3°С,+1°С;
• среднюю годовую температуру Москвы, используя данные таблицы.

Таблица 4

Определяя изменение температуры, обычно отмечают ее самые высокие и самые низкие показатели.

Разница между самыми высокими и самыми низкими показателями называется амплитудой температур.

Амплитуду можно определять для суток (суточная амплитуда), месяца, года. Например, если наибольшая температура за сутки равна +20°С, а наименьшая - +8°С, то суточная амплитуда составит 12°С (рис. 86).

Рис. 86. Суточная амплитуда температур

Определите, на сколько градусов годовая амплитуда в Красноярске больше, чем в Санкт-Петербурге, если средняя температура июля в Красноярске +19°С, а января- -17°С; в Санкт-Петербурге +18°С и -8°С соответственно.

На картах распределение средних температур отражают при помощи изотерм.

Изотермы - это линии, соединяющие точки с одинаковой средней температурой воздуха за определенный промежуток времени.

Обычно показывают изотермы самого теплого и самого холодного месяцев года, т. е. июля и января.

Вопросы и задания

1. Как происходит нагревание воздуха атмосферы?
2. Как изменяется температура воздуха в течение суток?
3. От чего зависит разница в нагревании поверхности Земли в течение года?